冲击测控系统的研究与实现

【摘要】随着市场竞争力的不断加强，对许多产品的耐冲击性能提出了更高的要求，目前市场上的冲击仪存在配置低，功能简单，操作复杂和升级不完善的情况，导致产品的性能检测受到一定的影响。本文根据冲击冲击测试系统的主要功能特点，从基本概念入手，提出了上位机和下位机联合应用的冲击测试平台，在该平台中，上位机拥有强大的计算能力和较好的人机交互功能，并能及时准确地向下位机传送指令，并能根据不同的触发事件，输出不同的处理结果。该系统的上位机还采用了C++的编程模式，与强大的数学软件Matlab联合使用，减少了操作程序的繁琐，提高了操作的效率。

【关键词】冲击仪 测控系统 C++

一、冲击测试系统概述

产品的耐冲击性能对产品的质量具有重要的影响，在有些产品中，如果耐冲击性能不合格不仅会降低产品的质量，甚至还会造成使用产品人员的人身安全，比如降落伞、头盔和防弹玻璃等等。所以在产品的生产环节中，测试产品在多种强度冲击的状况下受损的情况成为产品生产设计和研发中的主要环节。在冲击的测试实验中，冲击的测量方法也是多种多样的，主要有跌落式、振动式和撞击式等。

在现代产品冲击性能的测试中，冲击仪成为主要的检测手段。它不仅具有检测的准确性，而且还能检测产品在多种强度冲击载荷下的受损情况。但是目前市场中的冲击仪在测试功能上较为单一，在测试的过程中容易造成人为的误差。相比于国内，国外的冲击测试系统较为完善，生产冲击仪的主要厂商有Lansmont、Spectral Dynamics、L.A.B.Equipment等。它们生产的冲击系统具有通道多、采样频率高、信息处理能力强的特点，能够满足大多数情况下的冲击测试要求，然而使用的成本较高。国内的冲击测试系统较为落后，存在的主要缺点是硬件配置低、信号处理能力较弱、针对性较差等等。生产该测试系统的厂商较少，不能满足国内对冲击系统数量和精确度的要求。本文根据目前国内冲击系统存在的缺陷，设计了跌落式的冲击测控系统，在硬件方面实现了进一步的提升，还能高速、准确地处理大量的数据，对冲击测试信号能够进行准确的采集和分析。

本文提出的冲击测试系统的工作原理是，将冲击过程中数据采集、处理和执行分别由上位机和下位机协同进行，上位机负责给下位机输出执行命令，这种工作方式可以有效消除人为的因素，通过C++和Matlab的混合编程准确绘制频率曲线，使操作人员能够直观的感受到冲击响应的变化。该测试系统还具有其他的功能，比如采集信号、控制振动、模拟复杂多变的冲击环境等等，还能够根据自己的需要进行编程开发，具有强大的扩展能力。

二、冲击测控系统的组成

冲击测试系统主要由三部分组成，包括上位机、下位机和测试平台。其中，上位机的主要作用是控制系统运行的流程、处理扰动信号、对检测的波形进行匹配、分析冲击响应频谱、生成数据表格等等。下位机的主要作用是采集、处理和传输数据。

冲击测试系统由硬件和软件两部分组成，只有实现软硬件之间的合理匹配才能保证系统的正常运行。本文提出的冲击测试系统采用的TCP/IP协议实现两者之间的相互通信，试验过程中，DSP首先将Flash中的相关程序保存到计算机的内部处理器中，并且对计算机的传输端口进行初始化。上位机可以通过DSP端口向下位机输送控制命令，实现系统的响应。

图1 冲击测试系统平台

图1是冲击测控系统的实物图。从图中可以看出，该测试系统包括冲击测试平台、显示处理平台。

三、上位机的软件设计和硬件设计

上位机的软件是在windows7的平台下利用C++语言进行编写的，这种编程语言的可读性强，方便用户进行改写，而且运行稳定可靠。软件的主要作用是采集传感器的信号，并进行整定，处理信号，进行频谱分析，将分析的结构以报表的形式进行输出。

上位机的程序部分实现对内部数据的输入、表示和控制，在进行数据处理的过程中，激活编程语言中的相关程序，并调用动态链接库，快速地找到函数接口，准确高效地计算出冲击响应谱的分析结果。冲击测试系统的通信模块主要是通过Socket实现的，该模块以TCP/IP协议为依托进行网络信息交互，这种模式可以有效防止数据传输过程中信息的丢失，根据实际的需要，可以分别采用同步通信和异步通信的模式，本文提出的冲击测试系统是基于TCP协议的异步通信模式，实现稳定可靠地传输数据。

图2是冲击测试系统的硬件部分，该硬件设计主要包括CPLD、DSP和上位机三部分，其中CPLD的主要任务是接收上位机的传输的指令，并且驱动相关的响应部件，根据不同的驱动电路设计不同的冲击环境；DSP端的程序设计不仅要满足上位机能够准确的向下位机进行控制信号的传达，而且还能对电路器件进行控制和通信，系统运用中断方式接收CPLD存储的数模转换完的数据，并且将处理完的数据运输到外部存储空间中。和普通的USB连接方式相比，这种双绞线的数据端口连接方式可以对数据进行高速传输，在整个冲击工作流程中，主要由上位机实现大部分的任务，同时还要及时准确地处理各种触发事件。

图2 系统硬件系统示意图

四、总结

总而言之，冲击测试系统在冲击测试平台中具有重要的作用，系统性能的好坏直接影响冲击试验测试的准确度和精确度。本文根据本文根据冲击冲击测试系统的主要功能特点，提出了上位机和下位机联合应用的冲击测试平台，上位机拥有强大的计算能力和较好的人机交互功能，并能及时准确地向下位机传送指令，并能根据不同的触发事件，输出不同的处理结果。该系统的上位机还采用了C++的编程模式，缩短了软件的开发和维护的周期，满足了大多数用户的需求。